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探索云原生技术之容器编排引擎-Kubernetes/K8S详解(2)

网友: 文档中心 2022-06-04 16:13:48

❤️作者简介：2022新星计划第三季云原生与云计算赛道Top5🏅、华为云享专家🏅、云原生领域潜力新星🏅

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💗作者目的：如有错误请指正，将来会不断的完善笔记，帮助更多的Java爱好者入门，共同进步！

文章目录

      • 基本理论介绍
        • 什么是云原生
        • 什么是kubernetes
        • kubernetes核心功能
      • kubernetes部署服务（实战）
      • 配置kubernetes中kubectl命令自动补全插件
      • 资源管理
          • YAML语法
          • 一个小细节
          • 三种资源管理方式
            • 第一种：命令式对象管理：只能使用命令去操作kubernetes资源
            • 第二种：命令式对象配置：指定yaml配置文件来操作kubernetes资源（create（创建）或者patch（更新））
            • 第三种：声明式对象配置：指定yaml配置文件来操作kubernetes资源（apply（没有就创建，有就更新））
            • 三种方式使用场景总结

基本理论介绍

什么是云原生

Pivotal公司的Matt Stine于2013年首次提出云原生（Cloud-Native）的概念；2015年，云原生刚推广时，Matt Stine在《迁移到云原生架构》一书中定义了符合云原生架构的几个特征：12因素、微服务、自敏捷架构、基于API协作、扛脆弱性；到了2017年，Matt Stine在接受InfoQ采访时又改了口风，将云原生架构归纳为模块化、可观察、可部署、可测试、可替换、可处理6特质；而Pivotal最新官网对云原生概括为4个要点：DevOps+持续交付+微服务+容器。

总而言之，符合云原生架构的应用程序应该是：采用开源堆栈（K8S+Docker）进行容器化，基于微服务架构提高灵活性和可维护性，借助敏捷方法、DevOps支持持续迭代和运维自动化，利用云平台设施实现弹性伸缩、动态调度、优化资源利用率。

（此处摘选自《知乎-华为云官方帐号》）

在这里插入图片描述

什么是kubernetes

kubernetes，简称K8s，是用8代替8个字符"ubernete"而成的缩写。是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效，Kubernetes提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制。

传统的应用部署方式：是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。

新的部署方式：是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统 ，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署，由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。

容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成一个容器镜像，每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在build或release 的阶段，为应用创建容器镜像，因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构，这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更"透明"，这更便于监控和管理。

Kubernetes是Google开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。

在Kubernetes中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

（此处摘选自《百度百科》）

kubernetes核心功能

  • 存储系统挂载（数据卷）：pod中容器之间共享数据，可以使用数据卷
  • 应用健康检测：容器内服务可能进程阻塞无法处理请求，可以设置监控检查策略保证应用健壮性
  • 应用实例的复制（实现pod的高可用）：pod控制器（deployment）维护着pod副本数量（可以自己进行设置，默认为1），保证一个pod或一组同类的pod数量始终可用，如果pod控制器deployment当前维护的pod数量少于deployment设置的pod数量，则会自动生成一个新的pod，以便数量符合pod控制器，形成高可用。
  • Pod的弹性伸缩：根据设定的指标(比如：cpu利用率)自动缩放pod副本数。
  • 服务发现：使用环境变量或者DNS插件保证容器中程序发现pod入口访问地址
  • 负载均衡：一组pod副本分配一个私有的集群IP地址，负载均衡转发请求到后端容器。在集群内部其他pod可通过这个clusterIP访问应用
  • 滚动更新：更新服务不会发生中断，一次更新一个pod，而不是同时删除整个服务。
  • 容器编排：通过文件来部署服务，使得应用程序部署变得更高效
  • 资源监控：node节点组件集成cAdvisor资源收集工具，可通过Heapster汇总整个集群节点资源数据，然后存储到InfluxDb时序数据库，再由Grafana展示。
  • 提供认证和授权：支持角色访问控制(RBAC)认证授权等策略

kubernetes部署服务（实战）

  • 在Kubernetes集群中部署一个Nginx程序，测试下集群是否正常工作。

  • 1：部署Nginx

[root@k8s-master ~]# kubectl create deployment nginx  --image=nginx:1.14-alpinedeployment.apps/nginx created
  • 2：暴露Nginx的80端口，并设置类型为NodePort：
[root@k8s-master ~]# kubectl expose deploy nginx --port=80 --target-port=80  --type=NodePortservice/nginx exposed
  • 3：查看服务状态：
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod,serviceNAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGEpod/nginx-6867cdf567-pzl5p   0/1     Pending   0   3m18sNAME   TYPE CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S) AGEservice/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1<none> 443/TCP 19hservice/nginx NodePort    10.102.79.152   <none> 80:30048/TCP   2m47s
  • 4：发现pod一直处于Pending状态。（出问题了）

检查一下pod：

[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod nginx-6867cdf567-pzl5pName:    nginx-6867cdf567-pzl5pNamespace:      defaultPriority:0Node:    <none>Labels:  app=nginx  pod-template-hash=6867cdf567Annotations:    <none>Status:  PendingIP:      IPs:     <none>Controlled By:  ReplicaSet/nginx-6867cdf567Containers:  nginx:    Image: nginx:1.14-alpine    Port:  <none>    Host Port:    <none>    Environment:  <none>    Mounts:      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-jqrvp (ro)Conditions:  Type    Status  PodScheduled   False Volumes:  default-token-jqrvp:    Type: Secret (a volume populated by a Secret)    SecretName:  default-token-jqrvp    Optional:    falseQoS Class:BestEffortNode-Selectors:  <none>Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s   node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300sEvents:  Type     Reason     Age From Message  ----     ------     -------- -------  Warning  FailedScheduling  <unknown>  default-scheduler  0/1 nodes are available: 1 node(s) had taints that the pod didn't tolerate.  Warning  FailedScheduling    default-scheduler  0/1 nodes are available: 1 node(s) had taints that the pod didn't tolerate.
  • 5：解决方法（我也是莫名其妙就好了，可以看看下面的文章）

解决方案

  • 6：外网访问Nginx

根据上面kubectl get service，我们可以看到Nginx被映射到外网的端口是30048，所以我们可以这样访问。

  • 注意：一定要通过centos服务器的ip+映射到外网的nginx端口（30048）访问，而不是localhost
[root@k8s-master ~]# curl http://192.168.184.100:30048/<!DOCTYPE html><html><head><title>Welcome to nginx!</title><style>    body { width: 35em; margin: 0 auto; font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;    }</style></head><body><h1>Welcome to nginx!</h1><p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed andworking. Further configuration is required.</p><p>For online documentation and support please refer to<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>Commercial support is available at<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p><p><em>Thank you for using nginx.</em></p></body></html>
  • 我们再来测试一下是否通过从机的ip访问kubernetes集群中的nginx。
[root@k8s-master ~]# curl http://192.168.184.101:30048/<!DOCTYPE html><html><head><title>Welcome to nginx!</title><style>    body { width: 35em; margin: 0 auto; font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;    }</style></head><body><h1>Welcome to nginx!</h1><p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed andworking. Further configuration is required.</p><p>For online documentation and support please refer to<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>Commercial support is available at<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p><p><em>Thank you for using nginx.</em></p></body></html>
  • 结论：我们可以发现，不管是主机ip还是从机ip都可以访问kubernetes集群的nginx。

配置kubernetes中kubectl命令自动补全插件

如果重启机器出现无法自动补全，则执行下面全部source开头的命令即可。其他一概不用动。

  • 1：
yum install -y bash-completion
  • 2：
source /usr/share/bash-completion/bash_completion
  • 3：
source <(kubectl completion bash)
  • 4：
echo “source <(kubectl completion bash)” >> ~/.bashrc
  • 5：
vim /root/.bashrc
  • 6：
source /usr/share/bash-completion/bash_completion
  • 7：
source <(kubectl completion bash)
  • 如何使用：我们在输入kubectl命令时可以用Tab键进行补全。

资源管理

  • 在kubernetes中，一切皆为资源，正如在Java中，一切皆为对象。

  • （deployment，pod，service）等等这些称之为资源。

  • kubernetes实际上就是一个集群，我们可以在kubernetes中部署程序，所谓的部署程序其实就是把程序放到Docker容器中，再将这些Docker容器放到一个个pod中（而pod是kubernetes中的最小控制单元，kubernetes最底层只能控制pod而不是docker容器），如果需要外部网络（kubernetes集群外的网络）访问到这些pod，那么我们就必须使用到service资源，通过service我们就可以通过pod所在的机器的IP地址+分配到的端口号进行访问。

  • 如果kubernetes中的组件（例如pod等等）需要持久化，那么可以使用kubernetes提供的存储服务（例如etcd）。

YAML语法

特点

  • 大小写敏感

  • 缩进表示层级关系

  • 需要表示为同一层级关系的话必须将它们首字母左对齐

  • “#”为注释

  • 一个yaml文件里面写多个yaml配置，可以用 — （三个减号）来分隔。

  • 冒号后面要空格再写值（key: value）

检查yaml语法的网址

yaml文件如下：

# 整形age: 10# 布尔型flag: true# 实型（浮点型）price: 123.66# 日期型date: 2022-5-14#字符型name: 张三#对象person:   age: 20   name: 李四#数组array:   - 10   - 20   - 30

经过转换成JSON格式为如下：

{  "age": 10,  "flag": true,  "price": 123.66,  "date": "2022-05-14",  "name": "张三",  "person": {    "age": 20,    "name": "李四"  },  "array": [    10,    20,    30  ]}
一个小细节
  • 分别在master和slave01、slave02执行：
[root@k8s-master ~]# docker images...
[root@k8s-slave01 ~]# docker images...nginx      1.14-alpine  8a2fb25a19f5 3 years ago  16MB
[root@k8s-slave02 ~]# docker images...
  • 可以看到只有slave01有Nginx:1.14-alpine镜像，这是为什么呢？
  • 此时就牵扯到了kubernetes的执行流程：
    • 因为我们在kubectl执行创建pod（deployment）的时候，请求会先到apiServer，然后通过Scheduler计算将要调度到的某个node工作节点（也就是slave01或者slave02）
    • 再由controller manager去着手安排工作（也就是上面的创建pod/deployment的任务）给Scheduler计算出来的节点执行，这时安排给了slave01，slave01就会去查看本地docker有没有该镜像，如果没有才会从docker hub上面拉取（kubernetes默认是这种机制，可以进行其他设置，比如一直从docker hub上面拉取或者一直从本地拉取这两种机制），这个时候就是只有slave01才有这个nginx镜像了，而正常来说master是没有的，除非手动拉取，因为master节点不会干活，干活的是slave节点。
三种资源管理方式
  • 第二种和第三种都是需要通过执行yaml配置文件来操作kubernetes资源的。而第一种不需要，直接使用命令即可。
第一种：命令式对象管理：只能使用命令去操作kubernetes资源
[root@k8s-master ~]# kubectl run nginx-deployment --image=nginx:1.14-alpinekubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.deployment.apps/nginx-deployment created

查看一下pod：

[root@k8s-master ~]# kubectl get podsNAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGEnginx-deployment-768546d477-kzvbl   1/1     Running   0   16s

查看一下deployment：

[root@k8s-master ~]# kubectl get deploymentNAME READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGEnginx-deployment   1/1     1     1    72s

总结：可以看出kubectl run命令是通过创建deployment（pod控制器）从而创建pod。

第二种：命令式对象配置：指定yaml配置文件来操作kubernetes资源（create（创建）或者patch（更新））
  • create创建操作：

创建yaml配置文件：

vim nginx-pod.yaml

内容如下：如何编写在下面会说。

apiVersion: v1kind: Namespacemetadata:  name: test---apiVersion: v1kind: Podmetadata:     name: my-nginx-pod1    namespace: testspec:  containers:   - image: nginx:1.14-alpine     name: nginx-containner1     ports:      - containerPort: 80

执行命令：

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f nginx-pod.yaml namespace/test createdpod/my-nginx-pod1 created

查看namespace：

[root@k8s-master ~]# kubectl get namespaceNAMESTATUS   AGEdefault    Active   113mkube-node-lease   Active   113mkube-publicActive   113mkube-systemActive   113mtestActive   37s

进入test的namespace查看pod：

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods --namespace=testNAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGEmy-nginx-pod1   1/1     Running   0   100s

查看deployment：

[root@k8s-master ~]# kubectl get deploymentNo resources found in default namespace.[root@k8s-master ~]# kubectl get deployment --namespace=testNo resources found in test namespace.

总结：这种创建pod方式和第一种是完全不一样的，这种方式不是通过创建deployment来创建pod，而是直接创建pod。

用刚刚的yaml文件删除命名空间和pod

[root@k8s-master ~]# kubectl delete -f nginx-pod.yamlnamespace "test" deletedpod "my-nginx-pod1" deleted

查看pod的详细内容

[root@k8s-master ~]# kubectl describe pods my-nginx-pod1 -n testName:  my-nginx-pod1Namespace:    testPriority:     0Node:  k8s-slave02/192.168.184.102Start Time:   Sun, 15 May 2022 16:56:23 +0800Labels:<none>Annotations:  <none>Status:RunningIP:    10.244.2.4IPs:  IP:  10.244.2.4Containers:  nginx-containner1:    Container ID:   docker://975f343633f5727105b580bc0b7137513a1db800162538062c503c009f6686d1    Image:   nginx:1.14-alpine    Image ID:docker-pullable://nginx@sha256:485b610fefec7ff6c463ced9623314a04ed67e3945b9c08d7e53a47f6d108dc7    Port:    80/TCP    Host Port:      0/TCP    State:   Running      Started:      Sun, 15 May 2022 16:56:24 +0800    Ready:   True    Restart Count:  0    Environment:    <none>    Mounts:      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-x4cbn (ro)

可以看到pod的IP地址和容器镜像等等内容！

集群内访问

[root@k8s-master ~]# curl 10.244.2.4:80<!DOCTYPE html><html><head><title>Welcome to nginx!</title><style>    body { width: 35em; margin: 0 auto; font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;    }</style></head><body><h1>Welcome to nginx!</h1><p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed andworking. Further configuration is required.</p><p>For online documentation and support please refer to<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>Commercial support is available at<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p><p><em>Thank you for using nginx.</em></p></body></html>
第三种：声明式对象配置：指定yaml配置文件来操作kubernetes资源（apply（没有就创建，有就更新））

创建yaml配置文件：

vim nginx-pod-apply.yaml

内容如下：如何编写在下面会说。

apiVersion: v1kind: Namespacemetadata:  name: test---apiVersion: v1kind: Podmetadata:     name: my-nginx-pod-apply1    namespace: testspec:  containers:   - image: nginx:1.14-alpine     name: nginx-containner-apply1     ports:      - containerPort: 80

执行命令：（由于里面的东西我们原来都没有，所以此时是created新增）

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f nginx-pod-apply.yamlnamespace/test createdpod/my-nginx-pod-apply1 created

查看pod

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n testNAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGEmy-nginx-pod-apply1   1/1     Running   0   64s
三种方式使用场景总结
使用场景 资源管理方式 命令模板
查询资源 命令式对象管理 kubectl get(describe) 资源名称
新增或者更新资源 声明式对象配置 kubectl apply -f XXX.yaml
删除资源 命令式对象配置 kubectl delete -f XXX.yaml

❤️💛🧡本章结束，我们下一章见❤️💛🧡

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